纳米管的神奇之处在哪里

纳米管的神奇之处在哪里

　　纳米管比人的头发丝还要细1万倍，而它的硬度要比钢材坚硬100倍。那么，纳米管的神奇之处在哪里?

　　碳纳米管有着不可思议的强度与韧性，重量却极轻，导电性极强，兼有金属和半导体的性能 ;把纳米管组合起来，比同体积的钢强度高100倍，重量却只有1/6。

　　一次，莫斯科大学的研究人员为了弄清纳米管的受压强度，将少量纳米管置于29Kpa的水压 下(相当于水下18000千米深的压力)做实验。不料，未加到预定压力的1/3，纳米管就被压扁 了。他们马上卸去压力，它却像弹簧一样立即恢复了原来形状。于是，科学家得到启发，发 明了用碳纳米管制成像低一样薄的弹簧，用作汽车或火车的减震装置，可大大减轻车辆的重 量。

　　更令人惊奇的是，最近美国、中国、法国和巴西科学用精密的电子显微镜测量纳米管在电流 中出现的摆动频率时，发现可以测出纳米管上极小微粒引起的变化，从而发明了能称量亿亿 分之二百克的单个病毒的“纳米秤”。这种世界上最小的秤，为科学家区分病毒种类，发现 新病毒作出了贡献。

　　在航天事业中，利用碳纳米管制造人造卫星的拖绳，不仅可以为卫星供电，还可以耐受很高 的温度而不会烧毁。在电子工业上、用碳纳米管生产的晶体管，体积只有半导体的1/10，用 碳基分子电子装置取代电脑芯片，将引发计算机的新的革命。

纳米管

　　电学性质

　　纳米碳管的电学性能包括导电性能和超导特性两个部分，其中前一部分研究得最多。理论与实验均证实纳米碳管的导电性质与其微结构有着密切的关系。早期的实验发现，一些纳米碳管应是金属或窄能隙的半导体。1996年，Langer等人开始用两电极法研究单根多壁纳米碳管的输运特性，而Ebbesen等人为了避免样品的不良电接触，改用四电极法测量了单根多壁纳米碳管的电学特性。从单根多壁纳米碳管的电阻R来看，它们的差别确实很大，有些纳米碳管属于金属，而另一些属于半导体。一些研究组的实验显示，纳米碳管的电学性能与螺旋度有密切关联。

　 纳米管热学性质

　　纳米碳管最令人瞩目的热学性能是导热系数。理论预测纳米碳管的导热系数很可能大于金刚石而成为世界上导热率高的材料。不过，测量单根纳米碳管的导热系数是一件很困难的事情，2014年还没有获得突破。将电弧法制备的单壁纳米碳管轧成相对密度为70%，尺寸为5mm×2mm×2mm的方块，Hone测得了室温下未经处理的纳米碳管块材的导热率为35W/(M·K)，该值远小于理论预测值。显然，纳米碳管块材中的空隙和纳米碳管之间的接触都将极大地减小纳米碳管块材的导热率。而且，与石墨相类似，纳米碳管沿轴方向与垂直于轴向方向的导热能力应有很大的不同。因此，该结果不能代表纳米碳管的实际热率。正如单根纳米碳管的电导率是纳米碳管体材料的电导率的50—150倍一样，如果单根纳米碳管的电导率也是如此，那么纳米碳管的导热率应为1750—5800W/(M·K)。通过测量纳米碳管块材的导热率与温度的关系曲线可以推断，纳米碳管的导热是由声子决定的，并就此估计出纳米碳管中声子的平均自由程约为0.5—1.5μm。

　　利用X射线衍射和透射电子显微镜研究纳米碳管在5.5Gpa下的热稳定性也取得了重要进展。根据以往的研究，在常压真空条件下纳米碳管的热稳定性非常好，其结构在2800℃以下可能并不发生变化。实验发现，在5.5Gpa压力下，虽然纳米碳管的微结构在低温时没有发生明显的改变，但在950℃即开始发生变化，转变成类巴基葱和类条带结构，而在1150℃时转变成石墨结构，高压是这种转变的主要原因，高压可以促使纳米碳管结构的破裂，从而降低它的热稳定性。